一種半熔高效錠的制備方法及其半熔高效籽晶保留輔助板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高效多晶硅錠鑄錠過(guò)程中的籽晶保留方法，屬于多晶硅鑄錠領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，多晶硅錠的制備方法主要是利用GTSolar提供的定向凝固系統(tǒng)進(jìn)行制備，該方法通常包括加熱、熔化、長(zhǎng)晶、退火和冷卻等步驟。在凝固長(zhǎng)晶過(guò)程中，通過(guò)對(duì)頂部溫度和側(cè)邊保溫罩開(kāi)度進(jìn)行控制，使得熔融硅液在坩堝底部獲得足夠的過(guò)冷度凝固結(jié)晶。但由于在長(zhǎng)晶初期，坩堝底部屬于各向同性結(jié)構(gòu)，硅液結(jié)晶時(shí)初始形核不能得到有效控制，存在晶粒尺寸分布不均勻(從幾十微米到十幾厘米)、位錯(cuò)密度高等問(wèn)題，越來(lái)越難以滿足市場(chǎng)對(duì)于聞效率娃片的需求；
[0003]針對(duì)常規(guī)鑄錠方式所產(chǎn)生的多晶硅錠存在位錯(cuò)密度高、晶界多且無(wú)規(guī)則分布的問(wèn)題，市場(chǎng)上提出了兩種不同的解決方案。一種方案為借鑒單晶的引晶生長(zhǎng)原理，在坩堝底部鋪設(shè)單晶板或塊作為生長(zhǎng)用籽晶，通過(guò)合適的半熔工藝控制獲得晶粒形貌接近于單晶的類單晶硅片，雖效率得到了大幅的提升，但存在位錯(cuò)密度高、有“花邊”且生產(chǎn)成本高的問(wèn)題，一直不能得到大規(guī)模的推廣，其中類單晶生產(chǎn)最為出名的廠家如協(xié)鑫、鳳凰光伏和昱輝等；另一種方案為根據(jù)類單晶的生長(zhǎng)原理，在坩堝底部鋪設(shè)碎硅片等小尺寸硅料作為生長(zhǎng)用籽晶，通過(guò)合理的熔化工藝控制使得坩堝底部鋪設(shè)的作為“籽晶”的碎硅料不熔化，作為引晶源引晶形成晶粒細(xì)小且分布均勻的高效多晶硅片，通過(guò)晶界對(duì)位錯(cuò)的隔斷作用大幅降低了晶磚的整體位錯(cuò)密度，有效提升了多晶硅片的光電轉(zhuǎn)換效率，高效多晶硅片的光電轉(zhuǎn)換效率由普通多晶硅片的16.8%?17.0%的大幅提升到17.7%?17.9%之間，且作為籽晶的為碎硅料等低成本硅料，大大降低了高效多晶硅片的制造成本，受到了市場(chǎng)的青睞，得到了全面的推廣，其中最為出名的如臺(tái)灣中美矽晶的A4+硅片、賽維的M3硅片、協(xié)鑫的S2、S3硅坐/I寸ο
[0004]雖半熔高效多晶硅片相較“類單晶”硅片具有鑄錠成本低、相較普通硅片具有光電轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在以下缺點(diǎn):1)由于GT鑄錠爐采用的為頂部和側(cè)邊加熱模式，因而硅料在熔化過(guò)程中邊部的硅料比中心硅料易熔化，熔化時(shí)易形成中心高兩邊低的凸?fàn)钊刍缑?，中心和?cè)邊熔化界面高度落差達(dá)到10?20mm，邊部晶磚籽晶難保留，造成硅錠整體效率降低；2)為保證側(cè)邊晶磚能夠有效保留籽晶，各廠家一般來(lái)說(shuō)均通過(guò)提升中心籽晶的保留高度來(lái)達(dá)到這一目的，但會(huì)造成硅料利用率低，鑄錠成本高的問(wèn)題；3)由于通過(guò)提升中心籽晶保留高度來(lái)達(dá)到保留側(cè)邊籽晶的目的，底部會(huì)造成大量的氣孔回收料，此類型回收料存在回收難度大、回收損耗大的問(wèn)題，大大提升了高效硅錠的鑄造生產(chǎn)成本，不利于光伏產(chǎn)品生產(chǎn)成本的進(jìn)一步降低、實(shí)現(xiàn)光伏平價(jià)上網(wǎng)的目的實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)以上弊端提供一種半熔高效錠的制備方法及其桿晶保留輔助板，在確保聞效桿晶保留的基礎(chǔ)上最大限度的降低桿晶聞度，大大提聞娃料一次利用率，降低高效多晶鑄錠成本。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種半熔高效錠的制備方法，其方法步驟如下:
[0008]I)將半熔高效籽晶保留輔助板安放在坩堝底部；
[0009]2)在安放好半熔高效籽晶保留輔助板的坩堝底部鋪設(shè)一層籽晶，形成籽晶層，并在籽晶層上方裝入塊狀原生硅料；
[0010]3)加熱使籽晶層上方硅料完全熔化，籽晶層僅部分熔化；
[0011]4)控制坩堝內(nèi)部的溫度梯度，使得坩堝內(nèi)部形成由下到上的垂直溫度梯度，使得熔融硅料利用底部鋪設(shè)的籽晶層誘導(dǎo)生長(zhǎng)形成半熔高效硅片。
[0012]上述一種半熔高效錠的制備方法，其中，在裝料時(shí)先將籽晶保留輔助板對(duì)稱的安放在噴涂好氮化硅涂層的坩堝底部，籽晶保留輔助板四邊距離坩堝四壁的寬度在2?5_之間；
[0013]上述一種半熔高效錠的制備方法，其中，所述的籽晶層為顆粒狀的單晶、多晶或原生硅料中的一種或幾種，籽晶的尺寸在5?1mm之間，籽晶層鋪設(shè)高度要求超出半熔高效籽晶保留輔助板最高點(diǎn)10?15mm，并在整個(gè)坩堝內(nèi)部鋪平并壓密實(shí)；
[0014]上述一種半熔高效錠的制備方法，其中，所述的加熱使籽晶層上方硅料完全熔化、籽晶層僅部分熔化，其特征為在熔化階段將熔化溫度控制在1520°C?1530°C，隔熱籠抬升高度在5?6cm之間，坩堝底部溫度控制在1350°C以內(nèi)；
[0015]上述一種半熔高效錠的制備方法，其中，所述的加熱使籽晶層上方硅料完全熔化、籽晶層僅部分熔化，籽晶層保留最高點(diǎn)距離高效籽晶保留輔助板頂端的距離為5?10mm，最邊沿晶磚的桿晶保留厚度在3?5mm ；
[0016]上述一種半熔高效錠的制備方法，其中，控制坩堝內(nèi)部的溫度梯度，其特征在于形核結(jié)晶過(guò)程中的過(guò)冷度控制在-1OK?-40K之間。
[0017]一種半熔高效籽晶保留輔助板，其中，所述輔助板底面正方形結(jié)構(gòu)，上表面為圓弧狀結(jié)構(gòu)，圓弧最高點(diǎn)與底端的高度差為5?1mm ；
[0018]上述一種半熔高效籽晶保留輔助板，其中，其材質(zhì)為高溫?zé)岱€(wěn)定性好且高溫下不與硅料發(fā)生反應(yīng)的高純氮化硅或高純碳化硅陶瓷中的一種或兩種，輔助板本體純度> 5N,抗壓強(qiáng)度彡12Mpa，顯氣孔率彡5%，且上表圓弧面需作拋光處理。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0020]1、利用在坩堝底部鋪設(shè)半熔高效籽晶保留輔助板，使得半熔高效中心區(qū)域的籽晶保留高度由普通半熔高效多晶的15?20mm大幅降低到5?1mm之間，大大提升了單錠的硅料一次利用率；
[0021]2、利用在坩堝底部鋪設(shè)半熔高效籽晶保留輔助板，使得半熔高效錠在中心保留較薄籽晶的前提下側(cè)邊晶磚也可達(dá)到完全保留籽晶的目的，提升了硅錠整體的晶體生長(zhǎng)質(zhì)量，提升了整錠的光電轉(zhuǎn)換效率；
[0022]3、由于中心區(qū)域籽晶保留高度大幅降低，半熔高效錠底部氣孔回收料比例大幅降低，大大降低了底部氣孔回收料的處理難度和清洗損耗，大大降低了半熔高效回收料的處理成本。
[0023]4、一種半熔高效籽晶保留輔助板經(jīng)過(guò)清洗后可多次重復(fù)利用，循環(huán)使用，節(jié)約成本。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為按裝半熔高效籽晶保留輔助板的硅料裝料示意圖
[0025]圖2為半熔高效籽晶保留輔助板俯視圖。
[0026]圖中標(biāo)識(shí):1、坩堝；2、氮化硅涂層；3、原生硅料；4、半熔籽晶；5、籽晶保留輔助板。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028]實(shí)施例
[0029]如圖所示，一種半熔高效錠的制備方法，其方法步驟如下:
[0030]I)先將籽晶保留輔助板對(duì)稱的安放在噴涂好氮化硅涂層的坩堝底部，籽晶保留輔助板四邊距離坩堝四壁的寬度為2mm之間；
[0031]2)在安放好半熔高效籽晶保留輔助板的坩堝底部鋪設(shè)一層由單晶硅料構(gòu)成的籽晶，籽晶的尺寸在5?1mm之間，形成籽晶層，籽晶層鋪設(shè)高度超出半熔高效籽晶保留輔助板最高點(diǎn)10mm，并在整個(gè)坩堝內(nèi)部鋪平并壓密實(shí)；然后在籽晶層上方裝入塊狀原生硅料；
[0032]3)加熱使籽晶層上方硅料完全熔化，籽晶層僅部分熔化；在熔化階段將熔化溫度為1520°C，隔熱籠抬升高度在5cm之間，坩堝底部溫度為1350°C;籽晶層保留最高點(diǎn)距離高效桿晶保留輔助板頂端的距尚為5mm,最邊沿晶磚的桿晶保留厚度在3mm ；
[0033]4)控制坩堝內(nèi)部的溫度梯度，形核結(jié)晶過(guò)程中的過(guò)冷度控制在-10K，使得坩堝內(nèi)